一种基于微带馈电的平面单极子超宽带天线设计

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简介：
引言自 2002 年起，美国联邦通信委员会 (FCC) 打开超宽带标准后，超宽带技术逐渐引起人们的广泛关注。其传输特性包括高传输速率、低电磁辐射和散射损耗等显著特点。其中一类关键组件是用于脉冲接收与发射的超宽带天线，在此领域内研究小型化设计一直备受关注。过去几年的研究表明，TEM 阻尼球（TEM Sphere）、微带贴片天线 (Microstrip Antenna) 和开槽天线 (Aperture Antenna) 等结构均可作为超宽带天线应用。其中，微带贴片天线因其小型化、轻便且易于集成，同时具有较低的制造成本等优点，在移动通信领域展现出巨大潜力。然而，这些天线的频段较为有限。已有研究表明可以通过增加电阻加载或改变形状等方式来扩展其频段。

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客服

2015年的宽带平面单极子天线设计

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本研究聚焦于2015年宽带平面单极子天线的设计与优化，探讨其在现代无线通信系统中的应用潜力及技术挑战。设计了一种尺寸为80.0mm×70.0mm×1.6mm的宽带微带天线，采用相对介电常数为4.4的FR4材料作为介质基板。通过HFSS软件仿真发现，该天线的工作频段覆盖了从0.79GHz到2.81GHz（回波损耗dB(S(1,1))≤-10dB，驻波比VSWR≤2），相对带宽为112%，涵盖了GSM900、CDMA800、DCS1800及PCS1900通信频段，并包括无线局域网WLAN的2.45GHz波段。在工作频段内，该天线表现出良好的辐射方向性和增益特性，适用于手机信号屏蔽仪天线的设计需求。此外，仿真结果还表明接地面尺寸大于辐射贴片尺寸。

基于共面波导馈电的超宽带天线设计（2012年）

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本研究于2012年提出了一种采用共面波导馈电技术的新型超宽带天线设计方案，旨在实现更宽的工作频带与更好的辐射性能。本段落设计了一种采用共面波导馈电的小型平面超宽带天线。该天线由树形辐射单元与共面波导组成，在保持体积小巧的同时具备工作带宽内的稳定方向特性。通过电磁仿真软件对影响性能的关键参数进行了详细地仿真、分析和优化，确定了理想的尺寸配置。经过制作并测试优化后的超宽带天线后发现其工作频段为3～11GHz，并且实测结果与仿真预测高度一致，证实了利用共面波导馈电方法设计的超宽带天线的有效性。

新型UWB平面单极子微带天线阵设计

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本研究提出了一种创新性的超宽带(UWB)平面单极子微带天线阵设计方案，旨在提高无线通信系统的性能。通过优化结构参数，该天线阵展现出卓越的宽带特性、高增益及良好的方向图稳定性，适用于多输入多输出(MIMO)系统和大规模天线阵列技术。本段落提出了一种新型平面单极子微带天线阵列，以矩形平面单极子天线为基础，通过改变辐射贴片的形状来优化原有天线性能。设计出一款中心频率为2.4GHz、相对带宽达到42%且增益达13dB的宽带四单元平面单极天线阵列。仿真与实验结果表明，在1.93GHz至2.93GHz频段内，该天线反射系数均小于-10dB。

一款新型宽带圆极化微带天线的设计

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本项目专注于设计并优化了一款新型宽带圆极化微带天线，旨在提高无线通信系统的性能和效率。该天线具备宽频带、高效辐射等特点，适用于多种移动通讯设备及卫星导航系统。微带天线的基片厚度通常远小于工作波长，因此实现了小型化设计。相比普通微波天线，微带天线具有剖面薄、体积小、重量轻以及易于共形的特点，并且容易获得圆极化特性。然而，其频带较窄并且性能会受到基板材料的影响。为了拓宽微带天线的频率范围，目前有以下几种方法： 1. 降低等效谐振电路的Q值，例如通过增加基片厚度或减小相对介电常数； 2. 修改等效电路设计：添加寄生贴片、采用电磁耦合馈电等方式； 3. 添加阻抗匹配网络以优化性能； 4. 其他方法包括改变贴片形状、加入变容管以及利用行波阵列或者对数周期结构。其中，第一种方式相对简单易行。然而，在参数超出一定范围时会激发高阶模式，导致天线方向图劣化并增加辐射损耗。

一种新型宽波束圆极化微带天线

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本发明介绍了一种具有宽波束特性和圆极化性能的微带天线设计，适用于无线通信中的多种应用场景。本段落提出了一种应用于卫星定位系统的微带天线设计，该设计具备宽广的波束宽度以及优良的圆极化性能。通过在接地板上进行开槽处理，并结合角锥喇叭结构的应用，实现了特定几何扰动以达到圆极化的效果；同时，在角锥喇叭之上设置具有开槽接地板的微带天线，有效扩展了波束范围。仿真结果显示，该设计方案使得E面和H面上均形成了宽广的辐射波束：其中E面波束宽度超过123°, H面则大于136°；并且在整个工作频率范围内保持良好的圆极化特性。

宽带双层微带天线设计

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本项目专注于宽带双层微带天线的设计与优化，通过创新结构实现更宽的工作频段和高效性能，在无线通信领域具有重要应用价值。微带天线是在带有导体接地板的介质基片上附加导体贴片构成的。通过使用微带线或同轴探针给贴片馈电，在贴片与接地板之间激发电磁场，并且通过贴片上的缝隙向外辐射信号。

微带天线阵列的宽带圆极化仿真与设计

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本研究聚焦于微带天线阵列的设计与优化，特别关注宽带圆极化特性。通过仿真技术探索并实现了高效能、多用途的应用型天线系统。自20世纪70年代中期微带天线理论得到显著发展以来，由于其体积小、重量轻、馈电方式灵活多样、成本低廉以及易于与目标共形等优点而备受青睐，在雷达系统、移动通信网络、卫星通讯和全球定位系统(GPS)等领域得到了广泛应用。圆极化作为微带天线技术中的一个重要分支，在各种电子设备中有着广泛的运用，如雷达、导航及卫星系统。由于其特性，收发天线之间的角度位置具有很高的灵活性，并且能够有效减少信号多路径干扰及其他影响因素。此外，宽带通信因其容量大、保密性强和抗多重径扰能力强等优点成为21世纪通讯技术的发展方向，因此对无线设备的宽频化提出了更高的要求。其中，宽带天线是该领域的重要研究对象。本段落主要探讨了无线通信中宽带圆极化微带天线的设计、分析与应用技术。在研究过程中采用了理论分析、数值仿真和实验验证等方法，并提出多种具有卓越性能的宽带圆极化微带贴片天线结构，研究成果已发表于本领域的顶级期刊《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》及《IET Microwaves, Antennas & Propagation》，充分展示了作者的研究成果。本段落的主要工作包括： 1. 双馈电宽带圆极化微带贴片天线设计技术研究。在探讨了圆极化天线的一般特性和基本要求后，针对传统微带天线频宽窄的缺点，提出了一种新型宽带馈电网络方案——3dB Wilkinson功分器和移相器组合，并通过L型金属棒进行旋转90度近耦合式双馈电来实现圆极化特性。在此基础上对贴片天线进行了面电流分布及辐射特性的详细研究并提出了改进设计，优化了环形贴片的尺寸。 2. 四馈电宽带圆极化微带贴片天线技术的研究。在原有双馈电结构的基础上增加了一组L型金属棒进行对称式四馈电操作，有效消除了馈电线辐射泄漏及信号耦合问题，并抑制交叉极化现象从而扩展了该类天线的圆极化频宽。 3. 四馈电宽带圆极化缝隙天线设计技术。通过在接地板上开设圆形槽来实现电磁波发射并采用四条微带线路进行馈电，此类结构不仅具备良好的宽带特性还拥有双圆偏振性能。 4. 宽带圆极化微带阵列的设计研究。基于单个宽带圆极化天线的研究成果进一步探究了阵列形式的宽频段天线设计技术，并采用相位旋转式单馈电方式实现了对整个阵列的有效馈电，提高了增益并保证了一定范围内的圆形偏振频率宽度。